第一章 绪论
1.1 课题研究的背景和意义
随着经济的持续发展，我国钢材的产量已经连续好几年稳定地成为世界第一。当前，我国的钢铁企业正处于转型时期，正在一步一步的向钢铁强国迈进，整个钢铁工业的结构也处在深层次调整之中[1]。随着经济建设的快速推进，整个钢铁市场对中厚板材的质量有了更高的要求。面对激烈的市场竞争，中厚板生产厂家不再一味的追求产量，而把更多的精力放在了提高产品的质量上。这就要求企业采用新的设备和科技成果对板材的加工工艺进行有效的控制。世界上一些发达的工业化国家，均采用新的工艺、新的自动化设备来提高板材的质量和生产效率。辊式矫直机作为中厚板轧制生产线上的重要辅助设备，决定着产品质量的好坏和板材平直度的高低，它主要用来消除轧制、轧后冷却、热处理过程中产生的瓢曲和波浪缺陷，保证板材的平直精度，满足客户的要求[2] [3]。传统的矫直机大多是通过人工控制，人为设定参数，并且和基础自动化系统、数据系统不能形成一体，不能构成一个完整的自动化矫直机控制系统。目前从国外引进的先进矫直设备，都具有高度自动化的矫直能力和完备的模型信息知识库，从而使矫直机具有广泛的矫直能力和较高的矫直效率，而国产的矫直机，在这些方面由于起步发展较晚，目前还不具备这样的能力。为了满足市场的需求，国内一些大型中厚板生产厂家，如宝钢宽厚板厂、舞阳中厚板厂、济钢中厚板厂等，不得不花费巨资从国外引进先进的矫直设备和控制系统。在矫直机控制系统中，矫直机的工艺参数设定系统是整个系统的核心，决定了矫直机精度和自动化的水平的高低。因此，对中厚板矫直机工艺设定系统的研究将是十分必要的,以此为研究课题，不但有重大的工程意义，对提高我国中厚板的质量和竞争力方面也具有重要的现实意义。
1.2 国内外辊式矫直机的发展现状
辊式矫直机是中厚板生产线上控制板材平直度的重要设备，是板材生产工艺中不可缺少的一个重要环节。它主要用来消除板材在轧制过程中由于某些原因产生的瓢曲、边浪、中浪等板型缺陷，保证板材平直精度、消除或减小板材内部的残余应力、满足客户的要求[4]。常见产生板型缺陷的原因见表 1-1。辊式矫直机的矫直原理就是板材在工作辊压力的作用下反复弯曲，发生塑性变形，当工作辊压力消除，板材弹性恢复后，消除一部分板材的原始曲率，而剩余曲率则作为下一个矫直辊的原始曲率。整个工作辊系采用整体倾斜的调整方式，经过多个矫直辊的作用后，原始曲率趋近于零或为零，从而达到矫直板材的目的[6]。在实际应用中，中厚板矫直机按所安装的位置和功能可分为四类：热矫直机、冷矫直机、预矫直机和热处理矫直机，其矫直温度范围和作用如表 1-2 所示
1.2.1 辊式矫直机的发展历程
辊式矫直机按年代和性能大至上可以分为三代。英国 1905 年制造的厚板五辊矫直机可以作为早期矫直设备的典型代表。该矫直机有三个上矫直辊，两个下矫直辊和三个支撑辊。入口侧矫直辊和出口侧矫直辊可以单独调节，矫直机的辊缝调节采用电机驱动，辊系的安装和更换采用整体方式。第二代矫直机是在第一代矫直机的基础上发展而来，为了提高板材的矫直质量和矫直效率，而增加了工作辊，使矫直辊达到了 9 个或 11 个。另外，为了提高辊系的支撑能力，多采用整体式单支撑辊。压下系统采用位移传感器测量压下量，使辊缝控制的精度达到了一个新的高度。机架结构多采用整体焊接机架或者预应力机架，矫直力有了大幅度的提高，能提供简单的工艺参数表用于矫直机工艺参数的设定。在控轧控冷技术获得广泛应用后出现了第三代矫直机。由于强度级别的提高和矫直温度降低等因素，对矫直设备在刚度、强度和自动化程度等方面有了更高的要求，第三代矫直机就是为适应这些要求而产生的，如图 1.1 所示。第三代矫直机的矫直辊数一般以九辊、十一辊为主；出口和入口的下工作辊可以单独调整，以实现控制板材头尾的目的；压下系统采用液压压下，在压下过程中能实现动态补偿；机架结构采用预应力机架或整体铸造机架，矫直力达到 30000KN—41000KN 之间；在板材矫直过程中使用了弯辊机构，有效的消除或减少了板材的缺陷；提供了矫直机工艺模型系统，用于对矫直过程进行控制[7]。
第二章 中厚板全液压矫直机的矫直原理和控制系统
2.1 矫直原理和矫直方案
在中厚板生产线上，辊式矫直机是一种重要的辅助设备，其性能决定了钢板平直度的高低，反应了中厚板厂装备技术的水平。平行辊矫直机的出现，在技术上实现了一次跨越式的发展，其理论基础就是金属材料的弹塑性理论。随着板材压弯程度的逐渐减小，其恢复弹性后的残留弯曲必然会一致趋近于零，从而达到矫直的目的[16]。其矫直特性如图 2.1。辊式矫直机属于连续反复弯曲的矫直设备，主要解决中厚板在加热、轧制和冷却过程中由于不均匀冷却和不均匀变形产生的瓢曲、边浪、中浪和扭曲等板型缺陷。常见的板型缺陷如图 2.2。其工作原理就是轧件在通过交错排列的矫直辊时经过多次反向弯曲，在板材外层金属产生屈服变形，使板材原始曲率的不均匀程度逐渐减小，从而得到较小的残余应力和满意的平直度。此方案主要是通过调整矫直机前后辊的压下量来实现辊缝的调节。其中，塑性变形率是衡量矫直效果的一个重要指标。为了满足矫直精度要求，对于不同型号、不同厚度的钢板，在矫直过程中需要使用不同的塑性变形率去满足工艺的要求。根据金属塑性变形特性，当钢板金属塑性变形率越大时，矫直的效果就越好，当塑性变形率在 70%以上时，矫直的效果会大幅度的提高。
第三章 中厚板矫直机工艺设定软件的开发.......... 26-52
3.1 中厚板矫直机矫直模型的建立.......... 26-29
3.1.1 矫直机压弯模型的建立.......... 26-29
3.1.2 矫直机弯辊模型的建立.......... 29
3.2 中厚板矫直机工艺设定软件的开发.......... 29-49
3.3 工艺设定软件的审查与测试.......... 49-50
3.3.1 软件的审查 ..........49
3.3.2 软件的测试 ..........49-50
3.3.3 软件的调试.......... 50
3.3.4 软件的维护.......... 50
3.4 小结 ..........50-52
第四章 中厚板矫直机通信和监控系统.......... 52-66
4.1 中厚板矫直机通信系统的实现.......... 52-58
4.1.1 OPC 通信技术 ..........52-53
4.1.2 矫直机通信系统的构建.......... 53-58
4.2 中厚板矫直机监控系统的实现.......... 58-63
4.3 中厚板矫直机监控系统的测试.......... 63
4.4 基于 BROWSER/SERVER 结构的监控系统.......... 63-64
4.5 小结 ..........64-66
第五章 结论与展望 ..........66-68
5.1 论文概述和总结.......... 66
5.2 工作展望.......... 66-68
结论
当今的社会是一个高速信息化、自动化的时代，工业自动化的控制也在朝着这个方向发展。结合当前中国钢铁行业发展的现状，通过新的技术提高矫直机的自动化控制程度，改善板材的质量，提高生产效率，已经成为迫切需要做的工作，而矫直机过程自动化的实现又是重中之重。矫直机的控制系统是一个复杂的工程，包含了基础自动化和过程自动化等几个部分，涉及了电子、通信、机械等多门学科的综合应用。本文主要对过程自动化的软件实现进行了详细的论述，对于系统的硬件部分只做了简单的介绍。通过该过程自动化软件，实现了对矫直机的自动化矫直，特别是模型预计算的实现，使理论上的计算公式实际应用到了工程实践当中，并且取得了满意的效果。论文主要完成的工作如下：⑴、数据库系统的建模⑵、模型参数的完善⑶、模型预计算的软件实现⑷、模型自学习的实现⑸、矫直机通信系统的搭建⑹、矫直机监控系统的实现。
本文所论述的矫直机数据管理系统和矫直机通信监控系统在舞阳钢铁公司二轧厂热处理线以及临汾钢铁中板厂矫直机改造项目上得到了应用。系统自投入运行以来性能稳定、可靠，实现了矫直机的自动化矫直，大大提高了板材的生产效率和入库率，得到了厂方的认可，为厂家创造了可观的效益，其应用前景十分乐观；另外，通过在现场的实际应用，取得了大量的一线数据，为下一步的数据分析研究、系统改进提供了宝贵的数据资料。
参考文献
[1] 王国栋．我国中厚板生产设备、工艺技术的发展［Ｊ］．山西冶金，2004 年 9 期，1-8
[2] 袁国．中厚板矫直技术发展的现状与展望［Ｊ］．太原重型机械学院学报，2002 年 9 月，40-43,23
[3] 王酒生．一种中厚板热矫直机工艺的自动化系统［Ｊ］．重型机械．2008 年 4 期，21-23
[4] 沈继刚．现代辊式矫直技术在中厚板平直度控制中的应用［Ｊ］．宽厚板，2010 年 1 期，38-41,16
[5] 陈瑛．中厚板矫直技术的发展［Ｊ］．宽厚板，2002 年 6 期，1-5, 8
[6] 李强．中厚板的热矫直［Ｊ］．工业技术，2008 年，76-77，24
[7] 王效刚．十五辊组合矫直机关键技术及理论模型的研究（博士学位论文）[D] ．兰州：兰州理工大学，2008 年
[8] 薛军安．厚板矫直技术发展现状［Ｊ］．重型机械，2008 年 2 期，1-4
[9] 王效刚．新式中厚板矫直机的技术特点［Ｊ］．山西冶金，2006 年 2 期，27-29, 29
[10] 岳临萍．强力矫直机控制模式分析及应用［Ｊ］．电气控制，2010 年 4 期，34-36, 29